Tip 1 Diyabetli Hastalarda İnsülin Tedavisinde ve İnsülin Gen

Tip 1 Diyabetli Hastalarda İnsülin
Tedavisinde ve İnsülin Gen
Terapisinde Güncel Gelişmeler
Ahter D. ŞANLIOĞLU,1, 2Hasan Ali ALTUNBAŞ, 1, 3Mustafa Kemal BALCI, 1, 3Salih ŞANLIOĞLU 1, 2,
1Gen ve Hücre Tedavi Merkezi , 2Tıbbi Biyoloji ve Genetik Anabilim Dalı, 3İç Hastalıkları Anabilim Dalı,
Endokrinoloji ve Metabolizma Bölümü, Akdeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi
Özet:
Diyabet, insülin yetmezliği sonucunda gelişen hiperglisemi ile karakterize pandemik bir hastalıktır. Hastalık tek
gen defektine bağlı olmayıp multifaktoriyel mekanizmaların etkisiyle pankreatik beta hücrelerinin fonksiyonel yetmezliği veya kaybı sonucu ortaya çıkar. Günümüzde Tip 1
Diyabet (T1D) hastalarında temel tedavi yöntemi insülin enjeksiyonudur. Bu yaklaşımla, hastaların görme bozukluğu,
nöronal ve böbrek komplikasyonları geliştirmeleri önlenebilmesine rağmen, zaman zaman hipoglisemi, havale geçirmeleri ve hatta komaya girmeleri engellenememektedir. Bugün için diyabete karşı birçok farklı insülin analoğunun geliştirilmiş olmasına karşın, yakın tarihli yapılan bir meta-analize göre, hızlı ve uzun etki süreli insülin analogları, glisemik kontrol açısından geleneksel insülinlere göre çok az miktarda yarar sağlamaktadır. Bu nedenle, diyabetik hastalarda doğal endojen insülin sentez profilinin geri kazandırılması amacıyla yeni gen ve hücre tedavi metodları geliştirilmektedir. Bizde bu yazımızda insulin tedavisi ve insulin
gen terapisinde kaydedilen güncel gelişmeleri ele aldık.
Keywords: Diabetes, İnsulin, İnsulin Analogues, Gene
Therapy
Abstract:
Diabetes, currently at pandemic proportions worldwide,
is a disease characterized by insulin deficiency manifested
as hyperglycemia, which is a common sequel of both Type
1 and Type 2 Diabetes. The disease, itself, does not result
from a single genetic defect, but rather from the functional
loss of pancreatic beta cells or insulin resistance through multifactorial mechanisms. Insulin injection is the main treatment modality especially for patients with Type 1 Diabetes.
While this approach is effective in protecting patients from
developing kidney, vision and neuronal complications, it does
not prevent the recurrence of hypoglycemic events, seizures, and coma. Despite the development of several insulin
analogs, recent meta-analysis indicated that rapid and long
acting insulin analogs provide little benefit compared to conventional insulins regarding to glycemic control. Therefore, gene and cell therapy methods are investigated to develop a novel treatment approach to generate a natural endogenous insulin expression profile in diabetic patients.
Anahtar Kelimeler: Diyabet, İnsülin, İnsülin Analogları, Gen Tedavisi
Giriş
Sığır insülininin insan insülininden üç amino asit, domuz
insülininin ise bir amino asit farklılık gösteriyor olması, insülin amino asit dizisinin omurgalılar arasında korunduğuna işaret eder. Bir türe ait insülin diğerinde biyolojik olarak
aktif olduğundan, klinikte ilk başlarda inek, domuz, at, ve
balık pankreaslarından elde edilen insülin peptidi kullanılmıştır. Bu bağlamda hayvan pankreaslarından izole edilen
insülin yıllardır yaygın olarak kullanılıyor olsa da, şu an için
oldukça az sayıda ilaç şirketi insanda kullanım için hayvan
insülin üretimi yapmaktadır. Firmalar bunun yerine, rekombinant DNA teknolojisini kullanarak biyosentetik insan insülini üretmeyi tercih etmektedir. Biyosentetik insülin, halen dünya genelinde satılmakta olan insülinin %70’ini
oluşturmaktadır. Ancak Uluslararası Diyabet Federasyonu’nun, modern şartlarda yüksek oranda saflaştırılmış hayvan insülininin yerine rekombinant biyosentetik insan insülininin tercih edilmesi için bilimsel geçerli bir sebep bulunmadığını ifade etmesi, bugün dahi hayvan insülininin rekombinant insan insülininine mükemmel bir alternatif olduğunu kanıtlamaktadır.
İnsülin molekülü, B zincirlerinin C-terminalleri arasında oluşan H bağı nedeniyle, solüsyonda dimerler oluştur1
Tip 1 Diyabetli Hastalarda İnsülin Tedavisinde ve İnsülin Gen Terapisinde Güncel Gelişmeler
ma eğilimindedir. Ortamda çinko iyonlarının varlığı ise, insülin dimerlerini hekzamerler oluşturmaya zorlar. İnsülin monomer ve dimerlerinin kana kolaylıkla karışması, hekzamerlerin ise penetrasyonunun zayıf olması, diyabet tedavisi açısından oldukça önemlidir. Örneğin, regüler insan insülini kullanarak (örneğin Humulin R, Novolin R, Velosulin BR, Actrapid) yeterli glisemik kontrol sağlamak çok zordur, çünkü
çinko molekülüne bağlı hekzamer içeriği yüksek olan insülin rejimleri gerektiği gibi emilemez. Subkutan enjeksiyon
sonrası, insülin hekzamerlerinin kanda emilim için dimer ve
monomerlerine ayrılması 60 ile 90 dakika sürer (1). Diyabetik hastalar insülin enjeksiyonlarınının zamanlamasını her
zaman doğru yapamayabildiğinden, kan glukozu ile insülin konsantrasyonu arasında kolaylıkla uyumsuzluk gelişebilir. Sonuçta yetersiz glukoz kontrolü, hastaları hipoglisemi ve uzun dönemde nöropati, nefropati, ve retinopati gibi
diyabet ile ilişkili komplikasyonlara yatkın hale getirir (2,
3). Buna dayanılarak, bir dizi rekombinant insülin analoğu
geliştirilmiştir (4). Bu çalışmalarda insan insülin dizisinde
küçük değişiklikler gerçekleştirilmiş, ve insülin reseptörüne bağlanma ve glukoz kontrol özellikleri iyileştirilmiştir.
İnsülin Analoglarının Moleküler
Etki Mekanizması:
Satışa sunulan hızlı etkili insülin analoglarının ilki, insülin lispro, B zincirinin C terminal ucundaki sondan bir önceki lizin amino asiti ile prolin amino asitinin yeri değiştirilerek oluşturulmuştur (5). Bu değişikliğin reseptör bağlanması üzerine herhangi bir etkisi yoktur, ancak insülin dimer
ve hekzamerlerinin oluşumunu etkin bir şekilde önler ve
postprandial enjeksiyonlar için daha yüksek miktarlarda aktif monomerik insülinin hemen kullanılabilir olmasını sağlar. Etkisinin daha kısa süre içinde başlaması sayesinde insülin lispro, enjeksiyonu takiben yemeğe başlamadan önce
daha uzun bir bekleme süreci gerektiren regüler insüline göre
daha esnek bir doz tarifesi ile kullanılabilir. Dolayısıyla, insülin lispro, regüler insan insülinine göre daha hızlı subkutan emilim, daha erken ve daha yüksek insülin piki, ve fakat daha kısa etki süresi sağlar (6). Ancak hastaların insülin lispro alımını takiben 15 dakika içinde yemek yememesi durumunda, hipoglisemi gelişebilir. Yemeklerin gerektiği miktarlarda karbonhidrat içermemesi ise, postprandial hipoglisemi gelişimine neden olabilir. Dolayısıyla uygulamanın dozu, yemeğin içeriğine ve miktarına göre değişebilir
(7). İnsülin aspart gibi diğer hızlı etkili insülin analogları
da vardır (Novo Nordisk tarafından "NovoLog/NovoRapid,
Novomix 30" olarak pazarlanmaktadır). İnsülin aspart’ta,
B28’deki prolin amino asiti aspartik asit ile değiştirilmiştir. Böylece, yükler arası kuvvetli itme gücü sayesinde hekzamer oluşumu önlenir (8). Hızlı etkili rekombinant insülin analogları sınıfına en son katılan molekül, insülin glulizin’dir (Apidra®, Sanofi-Aventis) (9). Insulin glulizin
(3BLys29BGlu-insan insulini), insan insülininden B3 pozisyonundaki asparajin amino asitinin yerinde lizin bulunması ve B29 pozisyonundaki lizin amino asitinin yerinde bir
2
glutamik asit bulunması ile farklılık gösterir (10). İnsülin aspart ve lispro’da uzun raf ömrü için gerekli stabilizasyon
çinko yardımıyla hekzamerik form muhafaza edilerek sağlanırken (11), glulizinin oligomerik molekülleri çinko eklenmeksizin stabil kalabilmektedir; bu da B28 pozisyonunda değiştirilmemiş olan ve moleküler dimerizasyon sağlayan prolin sayesindedir (12). Bu avantajlara rağmen, hızlı
etkili insülin analoglarının, hipoglisemi ve özellikle enjeksiyon bölgesinde allerjik reaksiyonlar gibi birçok yan etkisi vardır. Hızlı etkiyen insülin analoglarında gerçekleştirilen amino asit değişikliklerinin amacı, subkutan enjeksiyon
sonrası hızlı ayrışma ve emilim ile monomer stabilitesinin
sağlanmasıdır. Bununla beraber, hızlı etkiyen insülin analogları, yeterli glisemik kontrolün sağlanabilmesi amacıyla daha uzun etki süreli insülinler ile birlikte önerilirler.
Öte yandan, insülin etkisinin uzatılması istendiğinde hekzamer oluşumu arzu edilir. Örneğin, insülin glarjin (LANTUS®), T1D ve Tip 2 Diyabet (T2D) hastaları için uygun
olan, günde bir kez enjekte edilen uzun etki süreli bir insülindir. Bu molekülde A21 pozisyonundaki asparajinin yerine glisin yerleştirilmiş, ve B zincirinin karboksi terminaline iki arjinin birimi eklenmiştir. Bu sayede, enjeksiyonu takiben presipitat oluşumu gerçekleşir (hekzamer mikro kristalleri). Günde sadece bir kez kullanımı onaylanmış olan tek
24 saat etkili insülin olan insülin glarjinin kullanımı sırasında enjeksiyon bölgesinde yağ doku kompozisyonunda değişiklikler, kaşıntı ve döküntü gibi allerjik reaksiyonlar ortaya çıkabilmektedir. Kullanımdaki diğer bir uzun etki süreli insan insülin analogu, insülin detemir’dir (Levemir, Novo
Nordisk) (13). Bu molekül, B29 pozisyonunda bulunan lizin amino asitine bağlı bir yağ asiti birimi (miristik asit) sayesinde dolaşımdaki albumine bağlanabilir. Enjeksiyondan
sonra hızlı bir şekilde emilmesine rağmen, kanda albuminden ayrılmasının nispeten yavaş olması, etki süresini uzatır.
Daha önce belirtildiği gibi, hekzamer oluşumu insülin
emilimini yavaşlatırken etki süresini artırır. Doğal olarak,
çok daha uzun etki süresi olan insülin analoglarının oluşturulması için çözülebilir multihekzamerler formule edilmiştir. Bunlardan biri, Novo Nordisk tarafından geliştirilen insülin degludec’tir (14). Subkutan enjeksiyonu takiben çözülebilir multihekzamerler oluşturan ve bu sayede çok uzun
etkili olabilen bir bazal insülindir (15). Insulin degludec ile,
hastalar için optimal bazal insülin seviyelerinin sağlanması hedeflenmiştir. Etkisi, insülin glarjin ve insülin detemir’in
18 ila 26 saatlik etki süresinin aksine 40 saate kadar sürdüğünden, diyabetik hastaların kan şeker seviyelerinin bir haftaya kadar kontrol edilebilmesi için üç kez subkutan enjeksiyon yeterlidir (16).
İnsülin Analoglarının Klinik Kullanımı ile
İlişkili Mevcut Zorluklar:
İnsülin analoglarının emilimi, beta hücre insülininin etkisini kısmen taklit edecek ölçüde hızla (lispro, aspart ve
glulizin’de olduğu gibi) veya kademeli olabilmesine rağmen
(insulin detemir ve insulin glarjin’de olduğu gibi), bu ajan-
Tip 1 Diyabetli Hastalarda İnsülin Tedavisinde ve İnsülin Gen Terapisinde Güncel Gelişmeler
lar serum glukoz düzeyini iskelet kası ve yağ dokusuna glukoz girişini sağlayarak düşürür, ve aynı zamanda glukoneogenez, glikojenoliz, ve lipolizi engeller. Bu avantajlarına rağmen, mevcut insülin analogları özellikle yüksek dozlarda kullanıldıklarında fizyolojik bazal insülin sekresyon profilini
oluşturmada yetersiz kalmaktadırlar (17). Alternatif olarak,
bu ajanlar düşük dozlarda kullanıldıklarında, diyabetik hastalarda 24 saat yeterli insülin düzeyi sağlanamaz (18). Bireyler arasındaki metabolik değişkenlik düşünüldüğünde,
insülin analogları kullanan diyabet hastalarında halen optimum düzeyde postprandial insülin seviyelerinin de sağlanabilmesi gerekmektedir. Bu hastalarda optimum glisemik
kontrole ulaşılmasında en önemli sorunun tekrarlayan insülin indüklü hipoglisemi olduğu belirlenmiştir (19). Buna ek
olarak, uzun etki süreli glarjin’in, insan osteosarkom hücre hattının mitotik hızını artırdığı belirlenen insülin-benzeri büyüme faktörü (IGF) reseptörüne afinitesi olduğu saptanmıştır (20). Dolaşımdaki yüksek IGF-1 seviyeleri, solid
tümör ve lösemi riski ile ilişkilendirildiğinden, bazı yeni insülin analoglarını kullanan hastalarda kanser riskinin artabileceğinden endişe duyulmaktadır (21). Avrupa Tıp Ajansı (EMEA), insülin analogları ve kanser arasındaki potansiyel riski doğrulamamış olmakla birlikte, böyle bir ihtimalin olmadığını dışlayamamıştır. İnsülin replasman tedavisi
ile ilişkili temel problemlerden biri, dışarıdan insülin injeksiyonu ile endojen olarak pankreatik beta hücrelerinden üretilen doğal insülin salınımına tamamen uyan bir insülin profili oluşturmanın neredeyse mümkün olmamasıdır. Bu kısmen, ekzojen olarak verilen insülinin hepatik arter aracılığıyla karaciğere ulaşmadan önce ilk olarak venöz ve pulmoner dolaşıma girme gerekliliğinden kaynaklanır. Bunun
aksine, pankreatik beta hücrelerinden salınan insülin portal ven aracılığıyla direk olarak karaciğere gider. İnsülinin
fizyolojik etkilerinin açığa çıkmasının, ve en azından insülin dinamiğinin, uygulanış şekline göre farklılık gösterebileceği barizdir.
Günümüzde birçok insülin analoğu üretilmesine rağmen,
yakın tarihli bir meta-analiz, hızlı ve uzun etkili insülin analoglarının glisemik kontrol açısından beklenenin aksine konvansiyonel insüline oranla oldukça az yarar sağladığını göstermiştir. Diyabet bir tek gen hastalığı olmasa da, diyabetin temel sekeli olarak bilinen insülin yetersizliğinin ortadan kaldırılabilmesi için gen tedavisi aracılığıyla insülin gen
transferinin gerçekleştirilmesi, oldukça cazip bir tedavi yaklaşımı olarak ortaya çıkmaktadır. Sonuç olarak, diyabetik
hastalarda bu engellerin aşılabilmesi için aşağıda açıklandığı gibi alternatif olarak yeni gen ve hücre tedavi yaklaşımlarına gereksinim vardır (22, 23).
Diyabette Gen Tedavisi
Günümüzde diyabet hastalarının tedavisi için deneysel gen
terapi yaklaşımları geliştirilmektedir (24). Gen aktarımları
iki farklı yolla yapılabilmektedir. Bunlardan birisi eks vivo
yaklaşımdır. Bu yöntemde hastadan alınan hücreler vücudun
dışında laboratuvar ortamında modifiye edilir ve tekrar has-
talara nakledilir. In vivo yöntemde ise, gen transfer vektörlerinin farklı yollarla hastalara direk enjeksiyonu söz konusudur (intravenöz, subkutan, vb.). Basit ve daha uygun olması sebebiyle, in vivo gen terapisi, gen aktarımlarında oldukça tercih edilen bir metottur. Kan glukozunun düşürülmesini hedefleyen gen tedavi yaklaşımları genel olarak glukoz kullanımını kolaylaştırırken, eş zamanlı olarak hepatik
glukoz üretimini inhibe etmeyi amaçlamaktadır. Alternatif
olarak, karaciğer gibi organlarda beta hücresi oluşturma potansiyeline sahip olan transkripsiyon faktörlerini kodlayan
genlerin aktarımı da denenmiş çalışmalar arasındadır. Örneğin, karaciğere Pancreatic/Duodenal Homeobox Gene 1
(PDX1) ve NeuroD gibi transkripsiyon faktörlerini kodlayan
genlerin transferi ile hepatositlerin insülin salgılayan hücrelere transdiferansiasyonu, farelerde Streptozotosin (STZ) ile
indüklenmiş diyabeti hafifletebilmiştir (25). Bunun yanında, NeuroD ve Betacellulin aracılı gen terapi yaklaşımlarının, adacık neogenezini indüklediği ve karaciğerde insülin
üreten hücreleri oluşturulabildiği bildirilmiştir (26).
Gen transfer vektörleri aracılığıyla insülin gen aktarımının, diyabetik hastalarda endojen insülin ekspresyon profilini taklit edebilecek potansiyel bir yaklaşım olduğu açıktır. Bu nedenle, insülin gen terapisinin ana hedefleri, insülin gen ekspresyonunun sağlanabilmesi, periferal dokulara
glukoz alımının arttırılması, glukagon sekresyonunun baskılanması, ve hipergliseminin azaltılabilmesi için hepatik
glukoz üretiminin inhibe edilmesi olarak tanımlanabilir (27).
Bu hedeflere ulaşılırken, hipogliseminin engellenebilmesi
amacıyla, hücre tipine spesifik regüle edilebilir insülin gen
ekspresyonu da gereklidir. Sonuç olarak, insülin gen terapisi, diyabetik ketoasidoz olarak bilinen hepatik ketogenezi ve lipolizi etkin bir şekilde bloke edebildiğinden, bazal
plazma insülin gereksiniminin karşılanabilmesi için gerekli çözümü sağlayabilir (28).
İnsülin Gen Tedavisinin Potansiyel
Uygulamaları
Proinsülinin kontrollü transkripsiyonu ve translasyonu,
regüle edilebilir bir sekretuar yol ve indüktif sekresyon, pankreatik beta hücrelerinin belirgin temel özelliklerindendir.
Hepatositlerde GK ve GLUT2’den oluşan bir glukoz algılama mekanizması bulunsa da, bu hücrelerde regüle edilebilir sekretuar yol bulunmamaktadır. Buna ek olarak, nöroendokrin hücreler sekretuar granüllerde insülin depolama
yeteneğine sahiptir, ve regüle edilebilir sekretuar yol bulundururlar, ancak glukoz algılama mekanizmaları yoktur. Bu
nedenle, ne hepatositler ne de nöroendokrin hücreler, beta
hücrelerinin yerine geçebilecek ideal hücreler değildir.
Buna karşın, duodenum ve jejunumda bulunan K hücrelerinin, aynen beta hücrelerindeki gibi GK, GLUT2, ve prohormon konvertaz eksprese etmeleri dolayısıyla, glukoz kontrollü insülin sentezi ve sekresyonu için ideal hedef hücreler olduğu düşünülmektedir (29). K hücrelerine spesifik promotorlar aracılığıyla insan proinsülin gen ekspresyonunun
sağlandığı transgenik hayvanların STZ uygulamasına diren3
Tip 1 Diyabetli Hastalarda İnsülin Tedavisinde ve İnsülin Gen Terapisinde Güncel Gelişmeler
çli olması (30), beta hücrelerinin yokluğuna rağmen glukoz
homeostazının başarılı bir şekilde kontrol edilebileceğini göstermektedir (31). Ancak, intestinal epitel hücrelerinin hızlı devinimi dolayısıyla, uzun süreli gen ekspresyonunu gerçekleştirebilmek için K hücre progenitör hücreleri hedef alınmalıdır. İntestinal epitel hücre populasyonunun sadece %1
kadarının enteroendokrin hücrelerden oluşması dolayısıyla, insülin üretimi için hedeflenebilecek enteroendokrin hücreler henüz izole edilememiş ve tanımlanamamıştır. Bununla beraber, viral vektörlerin kullanıldığı çalışmalarda bu engelin aşılabilmesi yolunda umut verici sonuçlar elde edilmiştir. Örneğin, rAAV2 vektörü, enteroendokrin L-hücrelerini (NCI-H716) başarılı bir şekilde transdüksiyona uğratmış ve genetik yapılarını değiştirmiştir. Bu hücreler, bir kokültür ortamında çok sayıda enterositin varlığına rağmen
(Caco-2 or T84) regüle edilebilir insülin cevabı sergilemiştir (32). İnsan insülin geninin kitozan nanopartikülleri
içinde lavaj yoluyla gastrointestinal hücrelerine aktarılmasının STZ ile indüklenen diyabetik ratların açlık kan şekerini düşürmesi, bu bulguyu destekler niteliktedir (33).
Buna ek olarak, beta hücresi yerine geçebilecek hücrenin ideal olarak, glukoz varlığında postprandial insülin sekresyonunu regüle etmede önemli olan GLP-1 reseptörlerini eksprese etmesi beklenmektedir. Bilindiği gibi, metabolik stres altında glukoz metabolizmasının PACAP ve VIP tarafından indüklenen metabolik yollar aracılığıyla kontrolü
için bir nöronal girdi gereklidir. En önemlisi, insülin, sitoplazmada mevcut olan sekretuar granüllerin boşaltılması ile,
beta hücrelerinin stimulasyonunu takiben dakikalar içinde
salınır. Bu nedenle insülin sekresyon kinetiğinin çok hızlı
olduğu apaçık ortadadır. Ancak, transkripsiyonel aktivasyona bağlı insülin sekresyonu, dakikalar değil saatler sonra gerçekleşmektedir. Benzer şekilde preproinsülin mRNA’sının
yarı ömrü, gerçek beta hücrelerinde 24 saat, beta hücrelerinin yerine geçme potansiyeli olan temsili hücrelerde ise
daha kısa (6 saat) olmasına rağmen; transkripsiyonel inhibisyonla insulin sentezinin sonlandırılması yine oldukça yavaş gerçekleşen bir süreçtir. Her halükarda sinyalin sonlanmasını takiben insülin sekresyonunun da dakikalar içinde
durması beklenmektedir. Preproinsülin mRNA’sının stabilitesinin ve işlenmesinin kontrolünde beta hücrelerine spesifik faktörler rol aldığından, preproinsülin cDNA’sı kodlayan gen tedavi vektörleri, beta hücrelerinin yerine geçme
potansiyeli olan temsili hücrelerde yeterli regülatör kontrolün gerçekleşebilmesi için yukarıda belirtilen tüm durumlar gözönüne alınarak dikkatlice tasarlanmalıdır.
Hepatositlerde sürekli olarak protein sekresyonu gerçekleştirildiğinden, postprandial glukoz yükselmeleri ile başedebilmek için yeterli miktarlarda ani insülinin salınımını sağlayabilmek oldukça zordur. Bu nedenle, postprandial glukoz seviyelerini düzenlemek için dizayn edilen rekombinant
insülin, sinyal tanınmasını takiben, beta hücrelerinden
atımlar halinde (havai fişek patlaması gibi) hızlı bir şekilde salınmalıdır. İnsülin, salınımına dek beta hücreleri içindeki sekretuar granüllerde depolandığından, gen aktarımı
4
yoluyla fizyolojik olarak kontrol edilen insülin üretiminin
başarılması için, bu granüllerden insülin sekresyonunun regülasyonu gereklidir. Dolayısıyla, sekresyonun direk kontrolü, transkripsiyonel yolla kan glukozunun kontrolünden
daha hızlı bir ayar sağlar. İnsülin sekresyonunun Endoplazmik Retikulum’da (ER) kontrollü agregasyon aracılığıyla
regülasyonu, insülinin kontrollü salınımının sağlanabilmesi için önerilen yeni bir tamamlayıcı yaklaşımdır (34). Bu
modelde, yapısı değiştirilmiş proinsülin, konstitütif sekretuar hücrelerde ER içinde tutulur. Oral olarak verilen küçük
bir molekül ile indüksiyonu takiben, insülin işlenir ve sonrasında nispeten büyük miktarlarda hızlıca salınır. Burada,
proinsülinin genetik yapısı, koşullu agregasyon domainlerine (CAD) takılı olarak bir sinyal dizisi taşıyacak şekilde
değiştirilmiştir. Koşullu agregasyon birimleri, hedef moleküllerin ER içinde tutulması için gereklidir. Buna ek olarak,
proinsülinin posttranslasyonel modifikasyonunun mümkün
olabilmesi için proinsülin kodlayan dizi içine furin kesim
bölgeleri dahil edilmiştir. Bu senaryoda, ER’ın, normalde
özelleşmiş hücrelerde sekretuar granüller tarafından gerçekleştirilen fonksiyonu gerçekleştirmesi amaçlanmaktadır. Sonrasında bir küçük ilacın uygulanması, proinsülin agregatlarının ayrışmasını, ve Golgi’ye translokasyonlarını sağlar. Proinsülinin Golgi’de işlenmesini takiben, olgun insülin nispeten kısa sürede yoğun bir şekilde salınır. Böylece, insülin,
ilaç uygulamasını takiben 15 dakika içinde kanda belirlenebilir; 2 saat içinde de pik yaparak kan glukoz seviyelerinde %90 azalma sağlar. İlaç alımının durması ile, dolaşımdaki insülin azalır ve glukoz seviyeleri yine yükselmeye başlar. Dolayısıyla, bu modeldeki insülin sekresyonunun kinetiği, doğal insülin sekresyonundaki profile çok benzemektedir. Böylece, glukoz ile stimüle edilen insülin gen ekspresyonu ile birlikte, ilaçla indüklenebilen bir sistemin kullanımının, pankreatik beta hücre fonksiyonunu taklit etme potansiyeli yüksektir.
İnsulin gen naklinde kaydedilen son gelişmeler en azından bu yöntemin hastaların basal insulin ihtiyacını yıllarca karşılayabilecek düzeye geldiğini göstermektedir (35).
Sonuç olarak, somatik hücre hedefli insülin gen tedavisinin,
gelecekte kullanım potansiyeli yüksektir, ve insülin rejimleri ve adacık hücre transplantasyonu gibi mevcut tedavi yaklaşımlarına oranla etkinlik derecesinin belirlenebilmesi
için daha ileri çalışmaların yapılması gerekmektedir (36, 37).
Kaynaklar:
1. Ginsberg, B. H. 1994. The role of technology in diabetes therapy. Diabetes Care 17 Suppl 1: 50-55.
2. 1993. The effect of intensive treatment of diabetes on the development
and progression of long-term complications in insulin-dependent diabetes mellitus. The Diabetes Control and Complications Trial Research Group. N Engl J Med 329: 977-986.
3. 1994. Effect of intensive diabetes treatment on the development and progression of long-term complications in adolescents with insulin-dependent
diabetes mellitus: Diabetes Control and Complications Trial. Diabetes
Control and Complications Trial Research Group. J Pediatr 125: 177-188.
4. Hirsch, I. B. 2005. Insulin analogues. N Engl J Med 352: 174-183.
5. Zinman, B., H. Tildesley, J. L. Chiasson, E. Tsui, and T. Strack. 1997.
Insulin lispro in CSII: results of a double-blind crossover study. Diabe-
Tip 1 Diyabetli Hastalarda İnsülin Tedavisinde ve İnsülin Gen Terapisinde Güncel Gelişmeler
tes 46: 440-443.
6. Howey, D. C., R. R. Bowsher, R. L. Brunelle, and J. R. Woodworth. 1994.
[Lys(B28), Pro(B29)]-human insulin. A rapidly absorbed analogue of human insulin. Diabetes 43: 396-402.
7. Burge, M. R., K. R. Castillo, and D. S. Schade. 1997. Meal composition is a determinant of lispro-induced hypoglycemia in IDDM. Diabetes
Care 20: 152-155.
8. Rys, P., O. Pankiewicz, K. Lach, A. Kwaskowski, I. Skrzekowska-Baran, and M. T. Malecki. 2011. Efficacy and safety comparison of rapidacting insulin aspart and regular human insulin in the treatment of type
1 and type 2 diabetes mellitus: A systematic review. Diabetes Metab 37:
190-200.
9. Lih, A., E. Hibbert, T. Wong, C. M. Girgis, N. Garg, and J. N. Carter. 2010.
The role of insulin glulisine to improve glycemic control in children with
diabetes mellitus. Diabetes Metab Syndr Obes 3: 403-412.
10. Garnock-Jones, K. P., and G. L. Plosker. 2009. Insulin glulisine: a review of its use in the management of diabetes mellitus. Drugs 69: 10351057.
11. Richards, J. P., M. P. Stickelmeyer, D. B. Flora, R. E. Chance, B. H. Frank,
and M. R. DeFelippis. 1998. Self-association properties of monomeric
insulin analogs under formulation conditions. Pharm Res 15: 1434-1441.
12. Zoete, V., M. Meuwly, and M. Karplus. 2005. Study of the insulin dimerization: binding free energy calculations and per-residue free energy decomposition. Proteins 61: 79-93.
13. Hermansen, K., M. Davies, T. Derezinski, G. Martinez Ravn, P. Clauson, and P. Home. 2006. A 26-week, randomized, parallel, treat-to-target trial comparing insulin detemir with NPH insulin as add-on therapy
to oral glucose-lowering drugs in insulin-naive people with type 2 diabetes. Diabetes Care 29: 1269-1274.
14. Zinman, B. et al. 2011. Insulin degludec, an ultra-long-acting basal insulin, once a day or three times a week versus insulin glargine once a day
in patients with type 2 diabetes: a 16-week, randomised, open-label, phase 2 trial. Lancet 377: 924-931.
15. Birkeland, K. I. et al. 2011. Insulin degludec in type 1 diabetes: a randomized controlled trial of a new-generation ultra-long-acting insulin compared with insulin glargine. Diabetes Care 34: 661-665.
16. Heise, T. et al. 2011. A new-generation ultra-long-acting basal insulin with
a bolus boost compared with insulin glargine in insulin-naive people with
type 2 diabetes: a randomized, controlled trial. Diabetes Care 34: 669-674.
17. Heise, T., and T. R. Pieber. 2007. Towards peakless, reproducible and longacting insulins. An assessment of the basal analogues based on isoglycaemic clamp studies. Diabetes Obes Metab 9: 648-659.
18. Ashwell, S. G., J. Gebbie, and P. D. Home. 2006. Twice-daily compared with once-daily insulin glargine in people with Type 1 diabetes using
meal-time insulin aspart. Diabet Med 23: 879-886.
19. Mohn, A., M. Marcovecchio, and F. Chiarelli. 2005. Insulin analogues.
N Engl J Med 352: 1822-4; author reply 1822-4.
20. Kurtzhals, P. et al. 2000. Correlations of receptor binding and metabo-
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
lic and mitogenic potencies of insulin analogs designed for clinical use.
Diabetes 49: 999-1005.
Hemkens, L. G. et al. 2009. Risk of malignancies in patients with diabetes treated with human insulin or insulin analogues: a cohort study. Diabetologia 52: 1732-1744.
Sanlioglu, A. D. et al. 2008. Molecular mechanisms of death ligand-mediated immune modulation: a gene therapy model to prolong islet survival in type 1 diabetes. J Cell Biochem 104: 710-720.
Dirice, E. et al. 2011. TRAIL and DcR1 expressions are differentially regulated in the pancreatic islets of STZ- versus CY-applied NOD mice.
Exp Diabetes Res 2011: 625813.
Chan, L., M. Fujimiya, and H. Kojima. 2003. In vivo gene therapy for
diabetes mellitus. Trends Mol Med 9: 430-435.
Ferber, S. et al. 2000. Pancreatic and duodenal homeobox gene 1 induces expression of insulin genes in liver and ameliorates streptozotocininduced hyperglycemia. Nat Med 6: 568-572.
Kojima, H. et al. 2003. NeuroD-betacellulin gene therapy induces islet
neogenesis in the liver and reverses diabetes in mice. Nat Med 9: 596603.
Bansal, P., and Q. Wang. 2008. Insulin as a physiological modulator of
glucagon secretion. Am J Physiol Endocrinol Metab 295: E751-61.
Marcin, J. P., N. Kuppermann, D. J. Tancredi, and N. S. Glaser. 2011. Insulin administration for treatment of pediatric diabetic ketoacidosis: Are
lower rates of infusion beneficial? Pediatr Crit Care Med 12: 217-219.
Dong, H., and S. L. Woo. 2001. Hepatic insulin production for type 1 diabetes. Trends Endocrinol Metab 12: 441-446.
Cheung, A. T. et al. 2000. Glucose-dependent insulin release from genetically engineered K cells. Science 290: 1959-1962.
Corbett, J. A. 2001. K cells: a novel target for insulin gene therapy for
the prevention of diabetes. Trends Endocrinol Metab 12: 140-142.
Tang, S. C., and A. Sambanis. 2004. Differential rAAV2 transduction efficiencies and insulin secretion profiles in pure and co-culture models of
human enteroendocrine L-cells and enterocytes. J Gene Med 6: 10031013.
Niu, L., Y. C. Xu, Z. Dai, and H. Q. Tang. 2008. Gene therapy for type
1 diabetes mellitus in rats by gastrointestinal administration of chitosan
nanoparticles containing human insulin gene. World J Gastroenterol 14:
4209-4215.
Rivera, V. M. et al. 2000. Regulation of protein secretion through controlled aggregation in the endoplasmic reticulum. Science 287: 826-830.
Elsner, M. et al. 2012. Reversal of Diabetes Through Gene Therapy of
Diabetic Rats by Hepatic Insulin Expression via Lentiviral Transduction. Mol Ther (In Press)
Dirice, E. et al. 2009. Adenovirus-mediated TRAIL gene (Ad5hTRAIL)
delivery into pancreatic islets prolongs normoglycemia in streptozotocin-induced diabetic rats. Hum Gene Ther 20: 1177-1189.
Kahraman, S. et al. 2011. Tracing of islet graft survival by way of in vivo
fluorescence imaging. Diabetes Metab Res Rev 27: 575-583.
5